履帶式自適應(yīng)管道爬行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種履帶式自適應(yīng)管道爬行器，包括夾持單元、爬行單元和控制單元；爬行單元包括兩套履帶單元，兩個從動錐齒輪、兩個張緊輪和一個主動錐齒輪，共同與錐形齒履帶傳動連接，構(gòu)成一套履帶單元；控制單元包括電控盒，電控盒還與所有同步電機(jī)控制連接，每個同步電機(jī)分別設(shè)置有一個扭矩傳感器。本發(fā)明的履帶式自適應(yīng)管道爬行器，解決了現(xiàn)有技術(shù)不能適應(yīng)水平井和大位移井不同管徑的電纜鋪設(shè)，驅(qū)動力不足，不能克服彎曲管道的爬行，內(nèi)外側(cè)速度不一致，井段附著力差的問題?？蓱?yīng)用于石油勘探，城市管道鋪設(shè)等場合。
【專利說明】履帶式自適應(yīng)管道爬行器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種履帶式自適應(yīng)管道爬行器。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油鉆井技術(shù)中，水平井和大位移井得到了快速的發(fā)展，但由于受到井眼工況條件限制，對于井斜度較大，水平井段較長的井段，現(xiàn)有的地面管道牽引器下放井下儀器測井變得很難，依靠設(shè)備自身的重力已經(jīng)無法把井下儀器下到井底，迫切需要相應(yīng)的技術(shù)和工裝解決此問題。
[0003]現(xiàn)有的地面管道牽引器已有很多，也出現(xiàn)了一些井下用的爬行器，但在一定程度上存在一些不足，比如變徑能力差、井壁或管壁附著力小、容易打滑卡阻、適應(yīng)井徑范圍小、驅(qū)動能力不足，越障能力差等，還有就是遇到彎曲井段內(nèi)外側(cè)對應(yīng)速度不一致時，容易發(fā)生卡阻的問題。
[0004]因此，開發(fā)靈活可靠，能夠連續(xù)運(yùn)動，具備一定的驅(qū)動能力的輔助工具，完成井下電纜、儀器的鋪設(shè)和投放，顯得十分迫切。另外，在城市的地下管道內(nèi)鋪設(shè)電纜，以及石油鉆井設(shè)備的管道、線槽內(nèi)鋪設(shè)電纜等場合，對此類設(shè)備也有迫切的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種履帶式自適應(yīng)管道爬行器，解決了現(xiàn)有技術(shù)不能適應(yīng)水平井和大位移井不同管徑的電纜鋪設(shè)，驅(qū)動力不足，不能克服彎曲管道的爬行，內(nèi)外側(cè)速度不一致，井段附著力差的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種履帶式自適應(yīng)管道爬行器，其特征在于:包括夾持單元、爬行單元和控制單元。
[0007]本發(fā)明的履帶式自適應(yīng)管道爬行器，其特征還在于:
[0008]夾持單元的結(jié)構(gòu)是，包括卡盤體，卡盤體的軸心通孔稱為中間過線孔，卡盤體的前端面上向心安裝有三組卡爪，三組卡爪的內(nèi)圓表面一起構(gòu)成弧形夾持座，每組卡爪設(shè)置有沉頭調(diào)節(jié)螺栓，三組卡爪設(shè)置有卡爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0009]爬行單元的結(jié)構(gòu)是，包括固定在卡盤體后端面的支撐筒，支撐筒的中段設(shè)置有凸肩，該凸肩內(nèi)安裝有電控盒，支撐筒上沿直徑方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩套履帶單元，
[0010]每套履帶單元包括設(shè)置在支撐筒前、后段外表面的兩組末端固定座A，每組末端固定座A套裝有伸縮短節(jié)，伸縮短節(jié)另一端套裝在固定架套筒A中，并且伸縮短節(jié)該端頭與固定架套筒A內(nèi)底之間設(shè)置有阻尼彈簧A，固定架套筒A的端頭安裝有固定架A，每個固定架A中設(shè)置有一個從動錐齒輪；
[0011]在支撐筒的凸肩前、后外表面另外設(shè)置有兩組末端固定座B，每組末端固定座B另一端與固定架套筒B套接，固定架套筒B與末端固定座B底端之間設(shè)置有阻尼彈簧B，固定架套筒B另一端固定安裝有固定架B，每個固定架B上設(shè)置有一個張緊輪；
[0012]在兩個末端固定座B之間的凸肩外表面上還固定安裝有一組電機(jī)底座，電機(jī)底座上安裝有同步電機(jī)和主動錐齒輪，同步電機(jī)與主動錐齒輪傳動連接；
[0013]至此，上述的兩個從動錐齒輪、兩個張緊輪和一個主動錐齒輪，共同與錐形齒履帶傳動連接，構(gòu)成一套履帶單元。
[0014]同步電機(jī)每側(cè)均設(shè)置有兩套，四個同步電機(jī)分別設(shè)置有一個扭矩傳感器。
[0015]控制單元包括電控盒，電控盒還與四個同步電機(jī)控制連接，各個壓力傳感器、各個扭矩傳感器連接均與電控盒信號連接。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:采用可伸縮短節(jié)和阻尼彈簧設(shè)置，解決了現(xiàn)有的爬行器變徑能力差問題，能適用水平井和大位移井變徑的井眼或管道內(nèi)的爬行?，F(xiàn)有的爬行器對井壁或管壁附著力小，容易打滑卡阻，越障能力差，本發(fā)明采用履帶式的爬行方式，把以往爬行器的點(diǎn)接觸改為面接觸，大大的提高了附著力，同時通過柔性的履帶，幾乎可以克服各種阻礙，越障能力大大提升。現(xiàn)有的爬行器驅(qū)動能力不足，本發(fā)明采用了兩組雙電機(jī)驅(qū)動模式給系統(tǒng)提供動力，可以很好的保證驅(qū)動力。現(xiàn)有的爬行器在彎曲井段內(nèi)的爬行，由于彎曲井段內(nèi)外側(cè)對應(yīng)速度不一致，容易卡阻等，本發(fā)明采用內(nèi)外側(cè)單獨(dú)控制模式，通過控制內(nèi)外側(cè)的運(yùn)動速度，很好的完成彎曲井段的過渡爬行?，F(xiàn)有的爬行器大都沒有防拉傷等保護(hù)措施，本發(fā)明安裝了多個傳感器，測量拉力和壓力，通過內(nèi)置的控制器實(shí)現(xiàn)了智能防護(hù)，實(shí)現(xiàn)自動控制調(diào)節(jié)和糾正爬行姿態(tài)，并根據(jù)傳感器的信號實(shí)現(xiàn)防拉傷等保護(hù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明裝置的夾持單元剖視圖(圖1中的A-A截面)；
[0019]圖3是本發(fā)明裝置的同步電機(jī)的局部剖視圖(圖1中的B-B截面)。
[0020]圖中，1.卡爪，2.中間過線孔，3.卡盤體，4.從動錐齒輪，5.固定架A，6.固定架套筒A，7.阻尼彈簧A，8.伸縮短節(jié)，9.末端固定座A，10.錐形齒履帶，11.張緊輪，12.固定架B，13.固定架套筒B，14.阻尼彈簧B，15.末端固定座B，16.壓力傳感器，17.主動錐齒輪，18.同步電機(jī)，19.電機(jī)底座，20.扭矩傳感器，21.電控盒，22.支撐筒，23.加強(qiáng)筋，24.沉頭調(diào)節(jié)螺栓，25.弧形夾持座。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明履帶式自適應(yīng)管道爬行器的結(jié)構(gòu)是，包括夾持單元、爬行單元和控制單元。
[0023]如圖1、圖2所示，夾持單元的結(jié)構(gòu)是，包括卡盤體3，卡盤體3的軸心通孔稱為中間過線孔2，卡盤體3的前端面上向心安裝有三組卡爪I，三組卡爪I的內(nèi)圓表面一起構(gòu)成弧形夾持座25，每組卡爪I設(shè)置有沉頭調(diào)節(jié)螺栓24，三組卡爪I設(shè)置有卡爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0024]該夾持單元結(jié)構(gòu)及原理同機(jī)床上的三爪卡盤類似，通過沉頭調(diào)節(jié)螺栓24可以控制三組卡爪I的向心位置，適合夾持一定范圍內(nèi)的線纜(或設(shè)備)，由于采用三爪卡盤結(jié)構(gòu)，可以很好的保證對心，使得被夾持線纜(或設(shè)備)始終位于卡盤體3的軸心線。
[0025]參照圖1，爬行單元的結(jié)構(gòu)是，包括固定在卡盤體3后端面的支撐筒22，被夾持線纜能夠從支撐筒22內(nèi)腔通孔穿過，支撐筒22的中段設(shè)置有凸肩，凸肩兩端與支撐筒22設(shè)置有加強(qiáng)筋23，該凸肩中安裝有電控盒21，支撐筒22上沿直徑方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩套履帶單元，每套履帶單元包括設(shè)置在支撐筒22前、后段外表面的兩組末端固定座A9，每組末端固定座A9套裝有可調(diào)節(jié)的伸縮短節(jié)8，伸縮短節(jié)8另一端套裝在固定架套筒A6中，并且伸縮短節(jié)8該端頭與固定架套筒A6內(nèi)底之間設(shè)置有阻尼彈簧A7，固定架套筒A6的端頭安裝有固定架A5，每個固定架A5中設(shè)置有一個從動錐齒輪4 ；
[0026]在支撐筒22的凸肩前、后外表面另外設(shè)置有兩組末端固定座B15，每組末端固定座B15另一端與固定架套筒B13套接，固定架套筒B13與末端固定座B15底端之間設(shè)置有阻尼彈簧B14，固定架套筒B13另一端固定安裝有固定架B12，每個固定架B12上設(shè)置有一個張緊輪11 ;
[0027]在兩個末端固定座B15之間的凸肩外表面上還固定安裝有一組電機(jī)底座19,電機(jī)底座19上安裝有同步電機(jī)18和主動錐齒輪17，同步電機(jī)18與主動錐齒輪17傳動連接；
[0028]至此，上述的兩個從動錐齒輪4、兩個張緊輪11和一個主動錐齒輪17，共同與錐形齒履帶10傳動連接，構(gòu)成一套履帶單元；沿直徑對稱的兩套履帶單元分別與所在的井徑接觸，實(shí)現(xiàn)爬行功能。
[0029]從動錐齒輪4通過固定架A5、固定架套筒A6、阻尼彈簧A7、可調(diào)節(jié)的伸縮短節(jié)8和末端固定座A9實(shí)現(xiàn)支撐及伸縮動作。伸縮短節(jié)8用來調(diào)節(jié)從動錐齒輪4的伸出長度，以適應(yīng)不用孔徑的需求，由于從動錐齒輪4的伸縮是柔性的，隨著空間孔徑的變小，從動錐齒輪4跟隨固定架A5在阻尼彈簧A7的作用下在固定架套筒A6內(nèi)可以自由伸縮，實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)不均勾井徑內(nèi)的自動調(diào)節(jié)。
[0030]錐形齒履帶10是執(zhí)行爬行的核心部件，用于附著到管壁或井壁上，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的爬行?，F(xiàn)有的輪式爬行機(jī)構(gòu)，其接觸為點(diǎn)接觸，在管道中或井中遇到障礙容易卡阻，造成不必要的麻煩。而本發(fā)明為履帶結(jié)構(gòu)，其接觸為面接觸，幾乎可以實(shí)現(xiàn)任何情況下的越障，保證穩(wěn)定可靠的爬行。
[0031]張緊輪11通過固定架B12、固定架套筒B13、阻尼彈簧B14和末端固定座B15實(shí)現(xiàn)支撐及伸縮動作。張緊輪11跟隨固定架B12在阻尼彈簧B14的作用下在固定架套筒B13內(nèi)可以自由伸縮，以自適應(yīng)不同井徑時錐形齒履帶10均有一定預(yù)緊力，保證驅(qū)動輪和從動輪與履帶的可靠接觸，大大提高驅(qū)動和執(zhí)行的效率。由于從動錐齒輪4為了適應(yīng)不同井徑需要調(diào)節(jié)高度，容易造成履帶松弛，同時當(dāng)遇到復(fù)雜井況時，需要大扭矩驅(qū)動爬行，如果沒有張緊輪11，可能出現(xiàn)打滑或丟轉(zhuǎn)，所以張緊輪11是本裝置的關(guān)鍵部件。
[0032]每側(cè)的兩套同步電機(jī)18用于提供爬行的驅(qū)動力，四個同步電機(jī)18分別設(shè)置有各自的扭矩傳感器20。本發(fā)明采用兩套雙電機(jī)驅(qū)動的方式，兩個同步電機(jī)18兩端通過扭矩傳感器20把扭矩傳遞給一個主動錐齒輪17，每個主動錐齒輪17帶動一個錐形齒履帶10運(yùn)動實(shí)現(xiàn)爬行，驅(qū)動能力顯著提高。
[0033]如圖3所示，控制單元的結(jié)構(gòu)是，包括電控盒21，電控盒21還與四個同步電機(jī)18控制連接，四個同步電機(jī)18分別連接有一個扭矩傳感器20，各個壓力傳感器16、各個扭矩傳感器20連接均與電控盒21信號連接。四個壓力傳感器16用于檢測四組張緊輪11承受的壓力，四個扭矩傳感器20用于檢測四組同步電機(jī)18輸出的扭矩值，提供給電控盒21實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。特別是在彎曲井段的爬行情況，由于內(nèi)外側(cè)的井徑不同，需要兩個錐形齒履帶10具有不同的爬行速度，否則會出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。當(dāng)走到彎曲井段，壓力傳感器16檢測到內(nèi)外側(cè)的張緊輪11所受的壓力，壓力大的一側(cè)為內(nèi)側(cè)，此時需要電控盒21中控制模塊采集到此信號后，輸出驅(qū)動信號給內(nèi)側(cè)的兩組同步電機(jī)18，讓內(nèi)側(cè)同步電機(jī)18降低驅(qū)動轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)彎曲井徑內(nèi)的爬行，隨著內(nèi)外側(cè)的壓差的變化而自適應(yīng)的調(diào)節(jié)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，當(dāng)恢復(fù)到直井段，壓力傳感器16檢測到內(nèi)外側(cè)壓差趨于零，恢復(fù)兩側(cè)為同步轉(zhuǎn)速，保證整個設(shè)備的平穩(wěn)爬行。由于配備了扭矩傳感器20，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的防拉斷保護(hù)，在控制器中預(yù)先輸入允許最大輸出扭矩，當(dāng)爬行過程中，超過此限制，通過內(nèi)部邏輯保護(hù)程序，實(shí)現(xiàn)停止爬行或退出等。
[0034]另外，在控制單元中安裝聲光報警裝置即可實(shí)現(xiàn)報警功能，安裝存儲設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)故障記錄和查詢，系統(tǒng)供電根據(jù)需要選用電纜供電或電池供電。
[0035]本發(fā)明裝置工作時，首先把電纜(或需要輸送的井下儀器)固定到夾持單元中，根據(jù)被牽引的電纜(或井下儀器)允許的最大牽引力，在控制單元中設(shè)定好極限牽引拉力值，根據(jù)管道或井眼直徑，調(diào)節(jié)各個伸縮短節(jié)8的伸出長度，以預(yù)適應(yīng)待爬行的內(nèi)徑尺寸；然后設(shè)定好所有同步電機(jī)18的驅(qū)動數(shù)值，即可進(jìn)行下井作業(yè)。
【權(quán)利要求】
1.一種履帶式自適應(yīng)管道爬行器，其特征在于:包括夾持單元、爬行單元和控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的履帶式自適應(yīng)管道爬行器，其特征在于:所述的夾持單元的結(jié)構(gòu)是，包括卡盤體(3)，卡盤體(3)的軸心通孔稱為中間過線孔(2)，卡盤體(3)的前端面上向心安裝有三組卡爪(I )，三組卡爪(I)的內(nèi)圓表面一起構(gòu)成弧形夾持座(25)，每組卡爪(I)設(shè)置有沉頭調(diào)節(jié)螺栓(24 )，三組卡爪(I)設(shè)置有卡爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的履帶式自適應(yīng)管道爬行器，其特征在于:所述的爬行單元的結(jié)構(gòu)是，包括固定在卡盤體(3)后端面的支撐筒(22)，支撐筒(22)的中段設(shè)置有凸肩，該凸肩內(nèi)安裝有電控盒(21)，支撐筒(22)上沿直徑方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩套履帶單元， 每套履帶單元包括設(shè)置在支撐筒(22)前、后段外表面的兩組末端固定座A (9)，每組末端固定座A (9)套裝有伸縮短節(jié)(8)，伸縮短節(jié)(8)另一端套裝在固定架套筒A (6)中，并且伸縮短節(jié)(8)該端頭與固定架套筒A (6)內(nèi)底之間設(shè)置有阻尼彈簧A (7)，固定架套筒A(6)的端頭安裝有固定架A (5)，每個固定架A (5)中設(shè)置有一個從動錐齒輪(4); 在支撐筒(22)的凸肩前、后外表面另外設(shè)置有兩組末端固定座B (15)，每組末端固定座B (15)另一端與固定架套筒B (13)套接，固定架套筒B (13)與末端固定座B (15)底端之間設(shè)置有阻尼彈簧B (14)，固定架套筒B (13)另一端固定安裝有固定架B (12)，每個固定架B (12)上設(shè)置有一個張緊輪(11); 在兩個末端固定座B (15)之間的凸肩外表面上還固定安裝有一組電機(jī)底座(19),電機(jī)底座(19)上安裝有同步電機(jī)(18)和主動錐齒輪(17)，同步電機(jī)(18)與主動錐齒輪(17)傳動連接； 至此，上述的兩個從動錐齒輪(4)、兩個張緊輪(11)和一個主動錐齒輪(17)，共同與錐形齒履帶(10)傳動連接，構(gòu)成一套履帶單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的履帶式自適應(yīng)管道爬行器，其特征在于:所述的同步電機(jī)(18)每側(cè)均設(shè)置有兩套，四個同步電機(jī)(18)分別設(shè)置有一個扭矩傳感器(20)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的履帶式自適應(yīng)管道爬行器，其特征在于:所述的控制單元包括電控盒(21)，電控盒(21)還與四個同步電機(jī)(18)控制連接，各個壓力傳感器(16)、各個扭矩傳感器(20)連接均與電控盒(21)信號連接。
【文檔編號】F16L101/30GK103438326SQ201310385569
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】張鵬飛, 叢萬生, 高源 , 強(qiáng)文磊 申請人:寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司